CN101694574A - 一种双端控制驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双端控制驱动电路，包括第一中央处理器、第二中央处理器、变压器和整流器，还包括：驱动电路：用于接收所述第一中央处理器和所述第二中央处理器的驱动信号，当第一中央处理器和所述第二中央处理器同时输出有效驱动信号时，输出有效负载驱动电压到后级电路。从上述技术方案可以看出，本发明增加了驱动电路，该驱动电路接收所述第一中央处理器和所述第二中央处理器的驱动信号，当第一中央处理器和所述第二中央处理器同时输出有效驱动信号时，输出有效负载驱动电压到后级电路。保证了第一中央处理器和第二中央处理器只有在同时输出有效地信号时才能为后续负载提供驱动电路。

Description

一种双端控制驱动电路

技术领域

本发明涉及安全关键的自动控制领域，特别是指一种用于二乘二取二安全关键控制系统底层驱动单元的一种双端控制驱动电路。

背景技术

在铁路运输过程中，铁路控制系统完成相关信号设备的控制功能。控制系统的控制特点有：实时性强，安全要求高，可靠性可维护性可用性要求高。

为安全起见，使用单CPU结构的通用系统无法满足这些要求。根据这些特点及现有的系统结构经验，目前在铁路信号控制系统中推荐采用二乘二取二系统，该系统的底层驱动单元由两个独立CPU协同工作，每个CPU独立完成数据输入、逻辑运算、结果输出功能，仅当两个CPU的输入和逻辑运算结果完全相同，本系才能正常输出，以此保证单系工作的安全性。

二乘二取二系统的底层驱动单元由两个独立的CPU控制，需要驱动电路提供两个独立的控制端口。

发明内容

有鉴于此，本发明在于提供一种双端控制驱动电路，以满足二乘二取二系统对底层驱动电路的要求，描述如下：

一种双端控制驱动电路，包括第一中央处理器、第二中央处理器、变压器和整流器，该双端控制驱动电路，还包括：

驱动电路：用于接收所述第一中央处理器和所述第二中央处理器的驱动信号，当第一中央处理器和所述第二中央处理器同时输出有效驱动信号时，输出有效负载驱动电压到后级电路。

优选的，在上述双端控制驱动电路中，所述第一中央处理器和第二中央处理器中，一个输出动态方波信号；另一个输出静态电平信号。

优选的，在上述双端控制驱动电路中，当第一中央处理器输出动态方波信号时，所述驱动电路包括：

光电隔离电路，用于传输第一中央处理器和第二中央处理器输出的驱动信号；

全桥式DC-DC变换器：用于接收光电隔离电路处理后的信号，动态方波信号和静态电平使能信号同时产生，全桥式DC-DC变换器输出有效负载驱动电压。

优选的，在上述双端控制驱动电路中，所述光电隔离电路包括：

第一光电耦合器：该第一光电耦合器输入端与所述CPU1输出端相连；

第二光电耦合器：该第二光电耦合器输入端与所述CPU2输出端相连。

优选的，在上述双端控制驱动电路中，所述全桥式DC-DC变换器包括：第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第一与门、第二与门、第三与门、第四与门、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；

其中，从第一中央处理器输出的动态方波信号经第一光电耦合器隔离后，输入串联的第一反相器和第二反相器；第一反相器输出的方波信号分别输入到第二与门输入端一和第四反相器的输入端，经第四反相器反相后的信号输入到第四与门输入端一；第二反相器输出的方波信号分别输入到第一与门的输入端一和第三反相器的输入端，经第三反相器反相后的信号输入到第三与门的输入端一；

从第二中央处理器输出的电平信号经第二光电耦合器隔离后，分别输入到第一与门的输入端二、第二与门的输入端二、第三与门的输入端二和第四与门的输入端二；

第一开关管的基极与第一与门的输出端相连；第二开关管的基极与第三与门的输出端相连；第三开关管的基极与第二与门的输出端相连；第四开关管的基极与所述第四与门的输出端相连；第一开关管的集电极与第三开关管集电极相连；第二开关管的发射极与所述第四开关管的发射极相连；

第一开关管的发射极与第二开关管的集电极相连的那端与变压器原边输入端相连；第三开关管的发射极与所述第四开关管的集电极相连得那端与变压器的原边输出端相连。

优选的，在上述双端控制驱动电路中，所述驱动电路还包括回读校验电路，用于将第一中央处理器和第二中央处理器的回读信号分别发送到CPU1和CPU2，如果输出信号与回读信号一致，正常输出；任意一个CPU发现回读信号和输出不一致时切断输出，确保电路的安全性。

优选的，在上述双端控制驱动电路中，所述回读校验电路具体为：

变压器原边输入端的方波信号经电阻连接到第三光电耦合器，经第一中央处理器的输入端进行回读；回读的电平信号判断第一中央处理器和第二中央处理器的后级电路是否能正常工作，如果发现故障，则第一中央处理器停止动态信号的输出；

经第二光电耦合器后的信号输入第四光电耦合器，输入第二中央处理器的输入端进行回读；回读的电平信号判断第一中央处理器和第二中央处理器后级电路是否正常工作，如果发现故障，则第二中央处理器停止静态信号的输出。

从上述技术方案可以看出，本发明增加了驱动电路，该驱动电路接收所述第一中央处理器和所述第二中央处理器的驱动信号，当第一中央处理器和所述第二中央处理器同时输出有效驱动信号时，输出有效负载驱动电压到后级电路。保证了第一中央处理器和第二中央处理器只有在同时输出有效地信号时才能为后续负载提供驱动电路。为了保证电路的可靠性，该电路对输入的动态方波信号和静态电平使能信号采取了回读校验的措施，增加了回读校验电路。当回读信号与输出信号存在差异时，第一中央处理器与第二中央处理器停止信号输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例带回读的双端控制驱动电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为清楚说明本发明电路，下面给出实施例并结合附图详细说明。

如图1所示，光电隔离动静态双端控制驱动电路由两个独立的CPU(中央处理器)控制，其中一个CPU输出幅值为5V的动态方波信号，另一CPU输出幅值为5V的高电平静态使能信号，只有动态方波信号和静态电平使能信号同时输入后级电路，才能使后级电路工作。

双端控制驱动电路包括：CPU1、CPU2、驱动电路和后级电路，CPU1和CPU2发出驱动信号后，经过驱动电路判断，如果CPU1和CPU2同时输出有效信号，驱动电路就会输出驱动电压给后级电路，后级电路经过变压器变压和整流器整流，给负载提供直流电压。

其中，驱动电路包括光电隔离电路和全桥DC-DC变换器。以下对光电隔离电路和全桥DC-DC变换器，进行详细介绍。

在本发明实施例中光电隔离电路包括光电耦合器U2和U3、电阻R3和R4。

全桥DC-DC变换器包括反相器U5A、U5B、U6A和U6B，与门U7A、U7B、U7C和U7D，开关管Q1、Q2、Q3和Q4。

从CPU1输出的动态方波信号经光电耦合器U2隔离后，先后输入两个串联的反相器U5A和U5B。U5A输出的方波信号和U5B输出的方波信号幅值相同相位相反。U5A输出的方波信号分别输入到U7B和U6B的输入端，经U6B反相后的信号输入到U7D输入端；U5B输出的方波信号分别输入到U7A和U6A的输入端，经U6A反相后的信号输入到U7C的输入端。此种电路结构保证了输入到U7A和U7D与门的动态方波的瞬时状态是高电平时，输入到U7B和U7C与门的动态方波的瞬时状态是低电平；反之，输入到U7B和U7C与门的动态方波的瞬时状态是高电平时，输入到U7A和U7D与门的动态方波的瞬时状态是低电平。

从CPU2输出的电平信号经光电耦合器U3隔离后，分别输入到与门U7A、U7B、U7C和U7D的输入端。

由于输入到U7A和U7D与门的动态方波信号与输入到U7B和U7C与门的动态方波信号反相，因此动态方波信号与静态电平信号分别经U7A、U7B、U7C和U7D相与后的输出，保证了开关管Q1和Q4同时导通的同时，Q2和Q3处于截止状态。反之，Q2和Q3同时导通的同时，Q1和Q4处于截止状态。

Q1、Q2、Q3和Q4导通和截止的频率与动态方波的频率相同，从而由Q1、Q2、Q3和Q4组成的桥式电路输出幅值接近VCC_F，周期与输入动态方波相同的方波信号，然后经由后级的变压器变压，整流桥整流及滤波后，给负载提供直流电压。

为了保证电路的可靠性，该电路对输入的动态方波信号和静态电平使能信号采取了回读校验的措施，增加了回读校验电路。变压器原边的方波信号经R2连接到光电耦合器U1，然后经CPU1的2端口回读。CPU1通过对比从端口1输出的电平信号和从2端口回读的电平信号判断CPU后级电路是否能正常工作，如果发现故障，则CPU1停止动态信号的输出；CPU2的1端口输出信号经光电耦合器U3输出后，输入光电耦合器U4，然后经CPU2的端口2回读，CPU2通过对比从端口1输出的电平信号和从端口2回读的电平信号判断CPU后级电路是否正常工作，如果发现故障，则CPU2停止静态信号的输出。

该电路应用于二乘二取二系统底层驱动单元，驱动的目标设备是JWXC-1700继电器。二乘二取二系统底层驱动单元由两个完全独立的CPU控制，两个互相通信的CPU协同完成控制功能。

图中的光电耦合器为TLP281，反相器为DM74LS04，虚线框内的电路可以采用分立元器件搭接，本实例电路采用了L298N芯片，L298N芯片集成了图中虚框线的电路。

CPU1通过端口1输出频率为1KHz，幅值为5伏的方波信号，通过光电耦合器U9，经两次反相器反相，反相器U5A的输出方波输入到L298N内部的U6B和U7B的输入端，反相器U5B的输出方波输入到L298N内部的U7A和U6A。

CPU2通过端口1输出幅值为5V的电平信号，通过光电耦合器U3输入到L298N的四个与门，与动态方波信号相与后分别控制Q1和Q4，以及Q2和Q3的导通与关闭，从而输出幅值约24V，周期与输入动态方波相同的方波，并经后级的变压器变压，整流桥整流滤波，给负载RL提供了约24V的直流驱动电压。

为了保证电路的安全性，CPU1、CPU2分别对本身输出的信号进行回读校验，当输出与回读信号不一致时，CPU切断该路输出，从而切断整个驱动电路的输出。如图2所示，变压器原边的动态方波信号经光电耦合器U1输入至CPU1的端口2供回读校验，CPU2输出的静态电平信号经光电耦合器U4输入到CPU2的2端口供回读校验。

本发明实施例中增加了驱动电路，该驱动电路接收所述第一中央处理器和所述第二中央处理器的驱动信号，当第一中央处理器和所述第二中央处理器同时输出有效驱动信号时，输出有效负载驱动电压到后级电路。保证了第一中央处理器和第二中央处理器只有在同时输出有效地信号时才能为后续负载提供驱动电路。为了保证电路的可靠性，该电路对输入的动态方波信号和静态电平使能信号采取了回读校验的措施，增加了回读校验电路。当回读信号与输出信号存在差异时，第一中央处理器与第二中央处理器停止信号输出。

对于本发明实施例中所阐述的方法，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种双端控制驱动电路，包括第一中央处理器、第二中央处理器、变压器和整流器，其特征在于，还包括：

驱动电路：用于接收所述第一中央处理器和所述第二中央处理器的驱动信号，当第一中央处理器和所述第二中央处理器同时输出有效驱动信号时，输出有效负载驱动电压到后级电路。

2.根据权利要求1所述的双端控制驱动电路，其特征在于，所述第一中央处理器和第二中央处理器中，一个输出动态方波信号；另一个输出静态电平信号。

3.根据权利要求2所述的双端控制驱动电路，其特征在于，当第一中央处理器输出动态方波信号时，所述驱动电路包括：

光电隔离电路，用于传输第一中央处理器和第二中央处理器输出的驱动信号；

全桥式DC-DC变换器：用于接收光电隔离电路处理后的信号，动态方波信号和静态电平使能信号同时产生，全桥式DC-DC变换器输出有效负载驱动电压。

4.根据权利要求3所述的双端控制驱动电路，其特征在于，所述光电隔离电路包括：

第一光电耦合器：该第一光电耦合器输入端与所述CPU1输出端相连；

第二光电耦合器：该第二光电耦合器输入端与所述CPU2输出端相连。

5.根据权利要求4所述的双端控制驱动电路，其特征在于，所述全桥式DC-DC变换器包括：第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第一与门、第二与门、第三与门、第四与门、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；

其中，从第一中央处理器输出的动态方波信号经第一光电耦合器隔离后，输入串联的第一反相器和第二反相器；第一反相器输出的方波信号分别输入到第二与门输入端一和第四反相器的输入端，经第四反相器反相后的信号输入到第四与门输入端一；第二反相器输出的方波信号分别输入到第一与门的输入端一和第三反相器的输入端，经第三反相器反相后的信号输入到第三与门的输入端一；

从第二中央处理器输出的电平信号经第二光电耦合器隔离后，分别输入到第一与门的输入端二、第二与门的输入端二、第三与门的输入端二和第四与门的输入端二；

第一开关管的基极与第一与门的输出端相连；第二开关管的基极与第三与门的输出端相连；第三开关管的基极与第二与门的输出端相连；第四开关管的基极与所述第四与门的输出端相连；第一开关管的集电极与第三开关管集电极相连；第二开关管的发射极与所述第四开关管的发射极相连；

第一开关管的发射极与第二开关管的集电极相连的那端与变压器原边输入端相连；第三开关管的发射极与所述第四开关管的集电极相连得那端与变压器的原边输出端相连。

6.根据权利要求5所述的双端控制驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括回读校验电路，用于将第一中央处理器和第二中央处理器的回读信号分别发送到CPU1和CPU2，如果输出信号与回读信号一致，正常输出；任意一个CPU发现回读信号和输出不一致时切断输出，确保电路的安全性。

7.根据权利要求6所述的双端控制驱动电路，其特征在于，所述回读校验电路具体为：

变压器原边输入端的方波信号经电阻连接到第三光电耦合器，经第一中央处理器的输入端进行回读；回读的电平信号判断第一中央处理器和第二中央处理器的后级电路是否能正常工作，如果发现故障，则第一中央处理器停止动态信号的输出；

经第二光电耦合器后的信号输入第四光电耦合器，输入第二中央处理器的输入端进行回读；回读的电平信号判断第一中央处理器和第二中央处理器后级电路是否正常工作，如果发现故障，则第二中央处理器停止静态信号的输出。

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